Koks yra epitaksinis procesas?

Epitaksinių procesų apžvalga

Terminas „epitaksija“ kilo iš graikų žodžių „epi“, reiškiančio „ant“ ir „taksi“, reiškiantį „užsakytą“, nurodantį įsakytą kristalinio augimo pobūdį. Epitaksija yra esminis puslaidininkių gamybos procesas, susijęs su plono kristalinio sluoksnio augimu ant kristalinio substrato. Epitaksijos (EPI) procesas gaminant puslaidininkį siekia į vieną kristalų substratą uždėti smulkų vieno kristalo sluoksnį, paprastai apie 0,5–20 mikronų. EPI procesas yra reikšmingas puslaidininkių prietaisų gamybos žingsnis, ypačSilicio vaflisGaminimas.

„Epitaxy“ leidžia nusėdti plonas plėveles, kurios yra labai užsakytos ir gali būti pritaikytos konkrečioms elektroninėms savybėms. Šis procesas yra būtinas kuriant aukštos kokybės puslaidininkinius įrenginius, tokius kaip diodai, tranzistoriai ir integruotos grandinės.

Epitaksijos tipai

Epitaksijos procese augimo orientacija nustatoma pagal pagrindinį bazinį kristalą.  Priklausomai nuo nusėdimo pasikartojimo, gali būti arba vienas, arba daugybė epitaksijos sluoksnių. Epitaksijos procesas gali būti naudojamas siekiant suformuoti ploną medžiagos sluoksnį, kuris gali būti tas pats arba skirtis nuo pagrindinio substrato cheminės sudėties ir struktūros atžvilgiu. Epitaksija gali būti suskirstyta į dvi pirmines kategorijas, atsižvelgiant į substrato ir epitaksinio sluoksnio ryšį:HomoepitaksijairHeteroepitaksija.

Toliau mes išanalizuosime skirtumus tarp homoepitaksijos ir heteroepitaksijos iš keturių matmenų: užauginto sluoksnio, kristalų struktūros ir gardelės, pavyzdys ir taikymas:

● Homoepitaksija: Tai įvyksta, kai epitaksinis sluoksnis yra pagamintas iš tos pačios medžiagos kaip ir substratas.

✔ Augantis sluoksnis: Epitaksiškai užaugintas sluoksnis yra tos pačios medžiagos kaip ir substrato sluoksnis.

✔ Kristalų struktūra ir grotelės: Substrato ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta yra vienodi.

✔ Pavyzdys: Epitaksinis labai gryno silicio augimas virš substrato silicio.

✔ Taikymas: Puslaidininkių prietaisų konstrukcija, kur reikalingi skirtingo dopingo lygio sluoksniai arba grynos plėvelės ant substratų, kurie yra mažiau gryni.

● Heteroepitaksija: Tai apima įvairias medžiagas, naudojamas sluoksniui ir substratui, pavyzdžiui, augantis aliuminio gallio arsenidas (dumbliai) „Gallium Arsenide“ (GaAs). Norint sumažinti defektus, norint sumažinti heteroepitaksiją, reikia panašių kristalų struktūrų tarp dviejų medžiagų.

✔ Augantis sluoksnis: Epitaksiškai užaugintas sluoksnis yra kitokios medžiagos nei substrato sluoksnis.

✔ Kristalų struktūra ir grotelės: Substrato ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta yra skirtingi.

✔ Pavyzdys: Epitaksiškai augantis galio arsenidas ant silicio substrato.

✔ Taikymas: Puslaidininkių prietaisų konstrukcija, kur reikia skirtingų medžiagų sluoksnių arba norint sukurti kristalinę medžiagos, kurios nėra kaip vienas kristalas, plėvelę.

Veiksniai, darantys įtaką EPI procesui gaminant puslaidininkį:

✔ Temperatūra: Daro įtaką epitaksijos greičiui ir epitaksiniam sluoksnio tankiui. Epitaksijos procesui reikalinga temperatūra yra aukštesnė nei kambario temperatūra, o vertė priklauso nuo epitaksijos tipo.

✔ Spaudimas: Daro įtaką epitaksijos greičiui ir epitaksiniam sluoksnio tankiui.

✔ Defektai: Epitaksijos trūkumai sukelia sugedusius vaflius. Fizinės sąlygos, reikalingos EPI procesui, turėtų būti išlaikytos nepagrįstam epitaksiniam sluoksnio augimui.

✔ Norima padėtis: Epitaksinis augimas turėtų būti teisingose ​​kristalo padėtyse. Regionai, kurie turėtų būti pašalinti iš epitaksinio proceso, turėtų būti tinkamai nufilmuoti, kad būtų išvengta augimo.

✔ Autodopingas: Kadangi epitaksijos procesas atliekamas aukštoje temperatūroje, Dopant atomai gali sukelti medžiagos variantų.

Epitaksinio augimo metodai

Yra keli epitaksijos proceso atlikimo metodai: skystos fazės epitaksija, hibridinės garų fazės epitaksija, kietos fazės epitaksija, atomo sluoksnio nusėdimas, cheminio garų nusėdimas, molekulinės spindulio epitaksija ir kt. Palyginkime du epitaksijos procesus: CVD ir MBE.

Epitaksinis augimo režimai

Epitaksijos augimo režimai: Epitaksinis augimas gali atsirasti per skirtingus režimus, kurie daro įtaką to, kaip sudaro sluoksniai:

✔ (a) Volmeris-Weberis (VW): Apibūdinamas trimatė salos augimas, kai branduolys įvyksta prieš nuolatinį plėvelę.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Apima augimą pagal sluoksnį, skatinant vienodą storią.

✔ (c) Šoniniai krastanai (SK): VW ir FM derinys, pradedant nuo sluoksnio augimo, kuris pereina į salų formavimąsi po kritinio storio pasiekimo.

Epitaksijos augimo svarba puslaidininkių gamyboje

Epitaksija yra gyvybiškai svarbi norint sustiprinti puslaidininkių plokštelių elektrines savybes. Gebėjimas valdyti dopingo profilius ir pasiekti specifines medžiagų charakteristikas daro epitaksiją šiuolaikinėje elektronikoje būtiną.

Be to, epitaksiniai procesai tampa vis reikšmingesni kuriant aukštos kokybės jutiklius ir galios elektroniką, atspindinčius nuolatinį puslaidininkių technologijos pažangą. Tikslumas, reikalingas kontroliuojant parametrus, tokius kaipTemperatūra, slėgis ir dujų srautasEpitaksinio augimo metu labai svarbu pasiekti aukštos kokybės kristalinius sluoksnius, turinčius minimalius defektus.